x3数字控制器的设计课件

《过程控制》

ProcessControl计算机控制技术第11章数字控制器的设计1整理课件《过程控制》

ProcessControl本章要求基本要求：熟练掌握数字PID控制算法及改进算法；理解数字PID控制器的工程实现及参数整定方法；了解数字控制器的直接设计方法。重点：数字PID控制算法及改进算法2整理课件本章要求基本要求：熟练掌握数字PID控制算法及改进算法；2整本章提要

数字控制器是计算机控制系统的核心组成部分，是在被控对象数学模型或操作人员的先验知识基础上进行设计，并用计算机软件实现的某种控制算法。数字控制器的设计方法可以分为：模拟设计方法和离散化设计方法。本章主要介绍数字PID控制算法及其改进、数字PID的工程实现和参数整定以及数字控制器的直接设计方法。3整理课件本章提要数字控制器是计算机控制系统的核心组成3第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制系统概述

11.2过程输入输出通道

11.3数字滤波与数据处理

11.4数字PID控制技术

11.4数字控制系统的设计与实现

11.6数字控制器的直接设计方法4整理课件第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制系统概述4第11章直接数字控制系统工程上的被控对象大都是连续的，所组成的计算机控制系统为混合系统或称离散系统。数字控制器的设计方法分为模拟化设计方法和离散化设计方法。模拟化设计方法：（采样频率足够高）用连续系统理论确定控制器D(s)；用合适的离散化方法由D(s)求出D(z)；检查系统性能是否符合要求；将D(z)变为差分方程或状态空间表达式形式，并编制计算机程序；用混合仿真的方法进行检验。5整理课件第11章直接第11章直接数字控制系统离散化设计方法：首先将保持器和被控对象所组成的连续部分用合适的方法离散化。从而使整个系统完全变成离散系统，然后用离散控制系统的设计方法来确定数字控制器，最后用计算机实现。6整理课件第11章直接数11.1直接数字控制技术概述PID控制算法是计算机控制的一个广泛应用的基本算法。第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述数字控制器D(z)的设计要分两步走：先设计一个模拟控制器D(s)，然后采用某种离散化方法应用于模拟控制器，获得对应的数字控制器D(z)。这种方案称为连续化设计法，也称为间接设计法。7整理课件11.1直接数字控制技术概述PID控制算法是

数字控制器D(z)可直接用z传递函数来设计，也就是在z域中直接按离散控制理论设计数字控制器。这种方案称为离散化设计法，也称为直接设计法。第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述8整理课件数字控制器D(z)可直接用z传递函数来设计，也就模拟控制器的离散化，就是利用某种离散化方法，由D(s)求出相应的D(z)，并使D(z)的动态特性近似于D(s)的动态特性。下面介绍工程上实用的近似离散化方法。1．后向差分变换法后向差分变换法的主要特点如下：1)使用方便，不要对D(s)进行因式分解。2)D(s)稳定，D(z)也稳定。3)D(z)不能保持和D(s)相同的频率响应。模拟控制器的离散化

离散化公式第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述9整理课件模拟控制器的离散化，就是利用某种离散化方法，由D2．双线性变换法双线性变换法的主要特点如下：1)应用方便，可用计算机计算D(z)的系数2)离散化精度高于差分变换法。3)D(s)稳定，D(z)也稳定。4)D(z)不能保持和D(s)相同的频率响应。离散化公式模拟控制器的离散化第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述10整理课件2．双线性变换法双线性变换法的主要特点如下：1)应用方便，可11.1.1理想微分PID控制模拟PID控制的理想算式传递函数方框图第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述11整理课件11.1.1理想微分PID控制模拟PID控制的理想算式传递11.1.1理想微分PID控制利用后向差分法可求出其对应的脉冲传递函数D(z)采用不同的离散化方法，可以得到形式相异的Z传递函数。第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述12整理课件11.1.1理想微分PID控制利用后向差分法可求出其对应的3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法也可直接以矩形面积求和代替积分项，在时域将上式转变成便于计算机实现的差分方程，得位置型算法，计算费时且占用内存较多，计算机故障会使执行机构大幅度变化，对安全生产不利，算法需改进。13整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法利用增量的概念对位置型算式作些改进，即可得位置型PID控制算式的递推算法。增量型算法14整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法增量型算法的优点计算机只输出增量，误动作时影响小，必要时可增设逻辑保护；手动/自动切换时冲击小；算式不需累加，只需记住4个历史数据，占用内存少，计算方便。为了编程方便，可将输出增量改写为其中15整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法PID控制算法流程图增量公式16整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法理想微分PID控制的实际效果并不理想，从阶跃响应看，它的微分作用只能维持一个采样周期。由于工业用执行机构的动作速度限制，致使偏差大时，微分作用不能充分发挥，且理想微分容易引进高频干扰，因此，在实际应用中，通常采用含有实际微分的PID控制算式。17整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法在计算机直接数字控制系统中，通常采用以下三种实际微分PID控制算式。（1）算式一由于实际的控制回路都可能存在高频干扰，因此设一级低通滤波器，则传递函数为18整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（1）算式一若令位置型输出为其中19整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（1）算式一结构框图20整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）算式二传递函数T1——实际积分时间；T2——实际微分时间；K1——实际放大倍数。结构框图21整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）算式二微分作用输出差分方程位置型输出为积分作用输出差分方程比例作用输出差分方程22整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（3）算式三传递函数结构框图23整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（3）算式三比例、积分、微分的输出差分方程为增量型输出位置型输出24整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计理想微分PID和实际微分PID的阶跃响应第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法比较理想数字PID与实际微分PID对单位阶跃偏差信号的输出响应可知，实际微分数字PID的阶跃响应比较平坦，微分作用持续时间长，超调量小，因此能够得到更好的控制效果。理想微分PID实际微分PID25整理课件理想微分PID和实际微分PID的阶跃响应第3章数字控3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法计算机控制的几个步骤26整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法1.积分项的改进在PID控制中，积分的作用是消除静差，为了提高控制性能，对积分项做如下改进。（1）梯形积分在PID控制中，为了减少余差，提高积分项的运算精度，可将矩形积分改为梯形积分。27整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）消除积分不灵敏区在PID控制的增量型算式中积分作用的输出为由于计算机字长的限制，当运算结果小于字长所能表示的精度，计算机就作为“零”将此数丢失。当计算机的运算字长较短，T也短，而Ti较长时，上式容易出现小于字长的精度而丢数，此时也就无积分作用，称为积分不灵敏区。28整理课件第3章数字控制器的设计3第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）消除积分不灵敏区为了消除积分不灵敏去区，可采用以下措施：①增加A/D转换位数，加长运算字长，从而提高运算精度；②当积分项连续出现小于输出精度ε的情况时，不当做“零”处理，而是累加起来，即直到累加值大于ε时，再输出Si，同时把累加单元清零。29整理课件第3章数字控制器的设计33.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法2.微分项的改进在PID控制中，微分项是最敏感的一项，应尽量减少数据误差和噪声，以消除不必要的扰动。改进措施如下：（1）偏差平均m的选取取决于对象特性，一般流量信号取10项，压力信号取5项，温度、成份信号取2项或不平均。30整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）减少计算次数当给定值发生阶跃变化时，微分动作将导致控制量的大幅度变化，不利于生产的稳定操作。因此，在微分项中不考虑给定值，只对测量值进行微分。为了提高计算机使用效率，应注意减少算式的计算次数。（3）测量值微分31整理课件第3章数字控制器的设计33.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法3.变化率限制（输出增量限制）采用理想PID，在扰动大的场合，可能导致计算机的输出突然大范围跳动，不利于安全操作。此时要考虑变化率限制。

β根据经验与安全性规定选取，大小要适中，过小会使操作缓慢，过大则达不到限制的目的。当时，输出当时，输出32整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法4.输出位置限幅计算机控制中的位置型输出，不应超过执行机构的工作范围，否则会损坏设备和降低控制精度。实现输出位置限幅，需在增量型计算以后或在输入采样的同时，采入执行机构（如阀位）信号，然后比较微机输出的增量与执行机构（如调节阀）上可调节的余量。如果输出增量小于调节余量，则按计算结果输出，否则按调节余量输出，以保证执行机构在其有效行程中运行。33整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法5.防止积分饱和上下限幅的同时，切除积分作用当时，输出当时，输出抗积分饱和输出限幅输出限幅34整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法6.存储历史数据计算机每次采样读入数据，PID算式运算输出控制指令，还要为下一次计算作必要准备，故需要保存历史数据.如35整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.2数字PID控制算法的改进第3章数字控制器的设计3.2数字PID控制算法的改进为了改善PID控制的动态特性，人们在实践中不断总结经验，结合计算机的特点，提出了多种改进数字PID控制算法。3.2.1微分先行离散表达式见教材36整理课件3.2数字PID控制算法的改进第3章数字控制器的设第3章数字控制器的设计3.2数字PID控制算法的改进3.2.2带死区的PID算法在有些场合，为避免控制器输出变化过大或过于频繁，希望被调参数在一定范围内变化时，输出不变化；只有偏离该区域时才按PID规律调节。当死区β是可调参数，具体值可根据实际由实验确定。带死区的PID控制系统流程图见教材P74.37整理课件第3章数字控制器的设计3.2数第3章数字控制器的设计3.2数字PID控制算法的改进3.2.3积分分离PID算法在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，由于此时有较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，故在积分项的作用下，往往会产生较大的超调和长时间的波动。特别对于温度、成份等变化缓慢的过程，这一现象更为严重。为此，可采用积分分离.积分分离值β应根据具体对象及要求确定。为了实现积分分离，编程序时必须从PID差分方程式中分离出积分项。当时，用PD控制；时，用PID控制.当38整理课件第3章数字控制器的设计3.2数第3章数字控制器的设计3.2数字PID控制算法的改进3.2.4IPD算法可见，只有积分项与偏差有关，因此，当输入信号有突变时，不至于使输出增量变化过大而产生超调，从而使系统动态特性得到改善。因此，对阶跃输入信号，IPD控制有明显优点。Z变换39整理课件第3章数字控制器的设计3.2数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3数字PID控制器的工程实现模拟调节器是一台硬设备，而计算机中的数字PID却是一台软设备，是由一段PID程序实现的。一台模拟调节器只能控制一个回路，而一段PID程序却可以作为一台计算机所控制的所有回路的公共子程序，因此应该具有通用性和工程实用价值。在设计PID控制程序时，必须考虑各种工程实际情况,并含有多种功能,以便用户选择。PID控制模块框图40整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.1给定值处理给定值处理包括选择给定值SV和给定值变化率SR两部分。1.内/外给定状态软开关CL/CRCL—选择操作员设置的给定值SVL。单回路内给定状态。CR—给定值来自上位机、主回路或运算模块。外给定状态。软开关CAS/SCCSCC—给定值SVS来自上位机。两级计算机控制。CAS—给定值SVC来自主调节模块。串级控制。CL/CR→CR：41整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.1给定值处理2.给定值变化率限制为了减少给定值突变对控制系统的扰动，防止比例、微分饱和，以实现平稳控制，需要对给定值的变化率SR加以限制。变化率的选取要适中，过小会使响应变慢，过大则达不到限制的目的。在给定值处理模块中，共有三个输入量(SVL，SVC，SVS)，两个输出量(SV，CSV)，两个开关量(CL/CR，CAS/SCC)和一个变化率(SR)。为了便于PID控制程序调用这些量，需要给每个PID控制模块提供一段内存数据区。42整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.2被控量处理为了安全运行，需要对被控量PV进行上限或下限报警处理。当PV>PH时，上限报警状态PHA为“1”；当PV<PL时，下限报警状态PLA为“1”.当出现上下限报警时，通过驱动电路发出声光报警，以提醒操作人员注意。为了不使PHA/PLA的状态频繁改变，可以设置一定的报警死区（HY）。为了实现平稳控制，需要对被控量的变化率PR加以限制。PR选取要适中。43整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.3偏差处理1.计算偏差根据正反作用方式(D/R)计算偏差DV.D/R=0，正作用DV+=CPV-CSV；D/R=1，反作用DV-=CSV-CPV.2.偏差报警对于控制要求较高的对象，还要设置偏差报警。当偏差绝对值时，偏差报警状态DLA为“1”.44整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.3偏差处理3.非线性特性为了实现非线性或带死区的PID控制，设置了非线性区-A-+A和非线性增益K.ICM=0,无补偿，CDV=DVCICM=1,加补偿，CDV=DVC+ICVICM=2,减补偿，CDV=DVC-ICVICM=3,置换补偿，CDV=ICV4.输入补偿根据ICM的状态，决定偏差与输入补偿量ICV之间的关系。K=0,带死区的PID0<K<1，非线性PIDK=1，正常PID利用加、减输入补偿，可以分别实现前馈控制和Smith控制。45整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.4PID计算在自动状态下，需要按照PID控制的各种差分方程计算控制量U，并进行上、下限限幅处理。DV/PV=1，选用偏差微分方式；DV/PV=0，选用测量值微分方式.46整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.5控制量处理一般情况下，在输出控制量Un以前，还应经过一些处理和判断，以便扩展控制功能，实现安全平稳操作。1.输出补偿OCM=0,无补偿，UC=UnOCM=1,加补偿，UC=Un+OCVOCM=2,减补偿，UC=Un-OCVOCM=3,置换补偿，UC=OCV根据OCM的状态，决定控制量与输出补偿量OCV之间的关系。利用输出和输入补偿，可以扩大PID控制功能，以便组成复杂的PID控制系统.47整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.5控制量处理2.变化率限制为了实现平稳操作，需要对控制量的变化率MR加以限制。3.输出保持FS/NS的状态一般来自系统安全报警开关。软开关FH/NHNH——u(n)=u(n-1)FH——正常输出u(n)FH/NH的状态一般来自系统安全报警开关.4.安全输出软开关FS/NSNS——现时刻输出u(n)=预置的安全输出量MSFS——正常输出方式48整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.6自动手动切换1.软自动/软手动在正常运行时，系统处于自动状态；而在调试阶段，或出现故障时，系统处于手动状态。为了保证执行机构工作在有效范围内，需要对控制量进行上下限限幅处理，使得,再经D/A转换器输出4~20mADC.2.控制量限幅SA/SMSA——软自动，正常的自动状态SM——软手动，控制量来自操作键盘或上位机,计算机手动49整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.6自动手动切换3.自动/手动所谓无平衡无扰动切换，是指在进行手动到自动或自动到手动的切换之前，无须由人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作，就可以保证切换时不会对执行机构的现有位置产生扰动。为此，应采取以下措施：4.无平衡无扰动切换HA/HMHA——自动状态，正常的计算机控制方式HM——手动状态，通过手动操作器输出4~20mADC信号.50整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现为了实现从手动到自动的无平衡无扰动切换，在手动（SM或HM)状态下，尽管不进行PID运算，但应使给定值CSV跟踪被控量CPV,同时也要把历史数据中的e(n-1),ud(n-1)清零，还要使u(n-1)跟踪手动控制量(MV或VM)。这样，一旦切向自动状态(SA或HA)时，由于CSV=CPV，因为偏差为0，而u(n-1)又等于切换瞬间的手动控制量，这就保证了PID控制量的连续性。当然，这一切需要有相应的硬件电路配合。当从自动(SA或HA)切向软手动(SM)时，只要计算机应用程序工作正常，就能自动保证无扰动切换。当从自动(SA或HA)切向硬手动(HM)时，通过手动操作器电路也能保证无扰动切换。从输出保持状态或安全输出状态切向正常的自动工作状态时，同样需要进行无扰动切换。4.无平衡无扰动切换51整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.4数字PID控制参数的整定3.4数字PID控制参数的整定

数字PID控制系统和模拟PID控制系统一样，需要通过参数整定才能正常运行。所不同的是除了整定比例度、积分时间、微分时间、微分增益外，还要确定系统的采样(控制)周期T.3.4.1PID控制器参数对系统性能的影响放大系数KP的影响：KP↑→动作灵敏，响应速度↑，稳定性↓，静差↓积分时间Ti的影响：Ti↓→积分作用增强，稳定性↓，消除静差。微分时间Td的影响：Td↑→稳定性↑，超调量↓，调节时间↓，静差↓。52整理课件第3章数字控制器的设计3.4数第3章数字控制器的设计3.4数字PID控制参数的整定3.4.2采样周期T的选择采样周期T是计算机控制系统的一个重要参数。其选取应与PID参数的整定综合起来考虑，一般考虑以下因素：（1）采样周期应远小于对象的扰动信号周期。（2）应比对象的时间常数小得多，否则采样信号无法反映瞬变过程。当对象时间常数Tp起主导作用时，;当处于主导位置时，可选。（3）计算机承担的工作量。控制的回路数多，则T长些，反之则短。（4）对象所要求的控制品质。T短，控制品质高。（5）计算机及A/D,D/A性能。（6）执行机构的响应速度。53整理课件第3章数字控制器的设计3.4数第3章数字控制器的设计3.4数字PID控制参数的整定采样周期受各种因素的影响，有些是相互矛盾的，必须视具体情况和主要的要求做出折中的选择。在具体选择时可参照表中的经验数据，再通过现场试验最后确定合适值。3.4.2采样周期T的选择被控量采样周期（s）备注流量1~5优选1~2s压力3~10优选3~5s液位6~8优选7s温度15~20取纯滞后时间成份15~20优选18s常见被控量经验采样周期54整理课件第3章数字控制器的设计3.4数第3章数字控制器的设计3.4数字PID控制参数的整定对于一阶惯性对象，负荷变化不大，工艺要求不高，可采用P控制，例如：压力、液位、串级副回路等；对于一阶惯性加纯滞后对象，负荷变化不大，要求控制精度较高的场合，可采用PI控制，例如：压力、流量、液位控制；对于纯滞后较大，要求高的场合，可采用PID，如温度，成份控制等。3.4.3控制规律的选择对于二阶以上惯性加纯滞后对象，负荷变化较大，控制性能要求较高时，应采用串级、前馈-反馈、前馈-串级或纯滞后补偿等复杂控制。对于一些有明显非线性、大纯滞后、时变、不确定对象，常规控制常难以奏效，此时应考虑先进控制手段或智能控制策略。55整理课件第3章数字控制器的设计3.4数第3章数字控制器的设计3.4数字PID控制参数的整定3.4.4扩充临界比例度法（Roberes方法）4)根据选定的控制度计算PID参数。5)在PID控制器中设定所得参数，将系统投入运行并观察控制效果。3)选择控制度2)用选定的采样周期使系统工作，去掉积分作用(T1取很大的数)和微分作用,仅保留比例作用。1)选择一个足够短的采样周期，具体地说就是选择采样周期为被控对象纯滞后时间的1／10以下。56整理课件第3章数字控制器的设计3.4数第3章数字控制器的设计3.4数字PID控制参数的整定3.4.5扩充响应曲线法（动态特性法）首先在开环状态下，求出广义对象的飞升曲线，并在此曲线上求出等效纯滞后时间和等效时间常数，以及它们的比值。其余步骤与扩充临界比例度法相同。3.4.6衰减曲线法实验步骤与扩充临界比例度法类似。按4：1衰减过程整定。根据放大倍数与相邻两波峰之间的时间，按经验公式计算PID参数。3.4.7数字PID的变参数整定1.按照负荷预先设置整定参数2.时序控制3.人工模型3.4.8数字PID参数的最优整定1.性能指标的选择2.寻优方法57整理课件第3章数字控制器的设计3.4数第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法11.6数字控制器的直接设计方法理论与数学工具：采样系统理论与Z变换适用于对象特性可以较精确地获得，特别是一些随动系统的数字控制器的设计上。11.6.1最少拍随动系统设计在离散系统中，通常把一个采样周期称作一拍。最少拍系统也称为最小调整时间系统或最快响应系统。它是指系统对于典型的输入具有最快的响应速度，被控量能经过最少个采样周期达到设定值，且稳态误差为零。显然，这样的系统对闭环脉冲传递函数的性能要求是快速性和准确性。58整理课件第11章直接数字控制系统11.611.6.1最少拍随动系统设计系统的闭环Z传递函数为系统误差的Z传递函数为数字控制器的Z传递函数为第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法59整理课件11.6.1最少拍随动系统设计系统的闭环Z传递函数为系统11.6.1最少拍随动系统设计系统在典型输入作用下，经过最少采样周期，使得输出稳态误差为0，达到完全跟踪。由此，根据G1(z)导出所需的D(z)，即为数字控制器的设计。为此，需构造系统的误差Z传递函数。寻找一个整数N>0,当时，恒有且N越小越好.误差序列e(k)的Z变换展开式为第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法60整理课件11.6.1最少拍随动系统设计系统在典型输入作用下，经过11.6.1最少拍随动系统设计（1）单位阶跃输入：（2）单位速度输入：（3）单位加速度输入：（4）单位重加速度输入：一般控制系统的典型输入形式：一般形式式中，是不包括的多项式。为正整数，一般只讨论的情况。第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法61整理课件11.6.1最少拍随动系统设计（1）单位阶跃输入：（2）11.6.1最少拍随动系统设计利用Z变换的终值定理可以求出稳态误差为稳态误差为零的条件是当取时，不仅可以简化数字控制器，降低控制器阶数,而且还可以使E(z)的项数最少，调节时间最短。第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法62整理课件11.6.1最少拍随动系统设计利用Z变换的终值定理可以求11.6.1最少拍随动系统设计（1）单位阶跃输入(m=1)典型输入下的最小拍控制器经过T（一拍）后，系统偏差e(k)=0.第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法63整理课件11.6.1最少拍随动系统设计（1）单位阶跃输入(m=111.6.1最少拍随动系统设计（2）单位速度输入(m=2)经过2T（二拍）后，系统偏差e(k)=0.第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法64整理课件11.6.1最少拍随动系统设计（2）单位速度输入(m=2)11.6.1最少拍随动系统设计（3）单位加速度输入(m=3)经过3T（三拍）后，系统偏差e(k)=0.第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法65整理课件11.6.1最少拍随动系统设计（3）单位加速度输入(m=311.6.1最少拍随动系统设计三种典型输入的最小拍系统输入函数误差Z传递函数闭环传递函数最小拍控制器调节时间第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法66整理课件11.6.1最少拍随动系统设计三种典型输入的最小拍系统输入按单位速度输入设计最小拍系统在单位阶跃输入时，输出序列输出序列在单位加速度输入时，输出序列输入序列(2T后跟踪)(2T后跟踪，但有超调)(始终存在跟踪误差，)第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法67整理课件按单位速度输入设计最小拍系统在单位阶跃输入时，输出序列输出序按照某种典型输入设计的最少拍系统，对其他形式的输入响应并不一定理想。说明最少拍系统对输入信号变化的适应性较差。为解决此问题，通常的做法是预先编制出不同输入所对应的数字控制器的计算机程序，然后根据输入类型调用相应的程序。结论：第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法68整理课件按照某种典型输入设计的最少拍系统，对其他形式的输入结论：11.6.2最少拍无纹波随动系统设计最少拍系统的输出响应只在采样点上保证误差为0，不能保证采样点之间的误差值也为0，即最少拍系统的输出响应在采样点之间存在纹波，这种纹波不仅造成在非采样时刻的误差，而且浪费执行机构的功率，增加机械磨损。为此，应当设法消除这种纹波。1.纹波产生的原因例：第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法69整理课件11.6.2最少拍无纹波随动系统设计最少拍系统的输出响应对于单位阶跃输入，可设计出最少拍有纹波数字控制器即从第一个采样周期起，偏差就已经达到并保持为零，但控制量的Z变换为可见，控制量不是恒定的，而是在波动，因此系统输出中也必然出现纹波。第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法70整理课件对于单位阶跃输入，可设计出最少拍有纹波数字控制器即从第一个采11.6.2最少拍无纹波随动系统设计2.消除纹波的条件那么在确定的典型输入下，经过有限拍后，u(k)就可以达到相应的稳定值。纹波是由于u(k)波动引起的，要消除纹波，必须使其恒定。设计方法：在前述最少拍设计的基础上对u(k)提出附加条件，设计一个系统，使u(k)在典型输入作用下，经有限个周期以后，达到相对稳定（不波动）。只要是的有限多项式，例如第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法71整理课件11.6.2最少拍无纹波随动系统设计2.消除纹波的条件那2.消除纹波的条件系统无纹波的条件：是的有限多项式.1-z为了使是的有限多项式.1-z应该让的零点包含的全部零点。例3-2：见教材P88第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法72整理课件2.消除纹波的条件系统无纹波的条件：是的闭环传递函数应选为包含因子和的全部零点，所以1-z应由输入形式、的不稳定极点和的阶次决定.由最少拍无纹波控制器在阶跃输入下，该数字调节器的输出Z变换为从第二拍起输出恒为0，因此输出稳定在稳态值，不会出现纹波。第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法73整理课件闭环传递函数应选为包含11.6.3大林控制算法在工业生产过程中，对于含有大纯滞后环节的被控对象适用于的控制系统，一般要求没有或很少有超调量，且过渡过程尽快结束，但并不要求必须限制在几个采样周期内完成。显然，一般控制系统的设计方法是不适用的。纯滞后很大的被控对象用PID控制，效果往往不好。美国IBM公司的大林(Dahlin)在1968年提出了一种针对工业生产过程控制中的含有纯滞后对象的控制算法，具有较好的效果。当然，大林算法也适用于无纯滞后的对象，达到改善性能的目的。第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法74整理课件11.6.3大林控制算法在工业生产过程中，对于含有大纯滞后1.大林算法的基本形式大林(Dahlin)算法的目标是设计一个数字控制器,使整个闭环系统的传递函数相当于一个带纯滞后的一阶惯性环节，而且要求期望的闭环系统的纯滞后时间与被控对象的纯滞后时间相等，即第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法75整理课件1.大林算法的基本形式大林(Dahlin)算法的目标是设计闭环系统的脉冲传递函数为数字控制器为其中可见，给出被控对象的传递函数G(s)即可求得D(s).第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法76整理课件闭环系统的脉冲传递函数为数字控制器为其中可见，给出被控对象的当被控对象为带纯滞后的一阶或二阶惯性环节时，求出，并带入公式即可得到D(z)。见教材P91，表3.6在算式中，闭环响应的时间常数λ为整定参数。第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法77整理课件当被控对象为带纯滞后的一阶或二阶惯性环节时，求出2.振铃现象及其消除方法振铃现象是指数字控制器的输出以接近1/2采样频率大幅度上下摆动。实际过程控制中,控制作用经执行机构加到被控对象，虽然，由于被控对象具有大惯性和纯滞后，几乎不影响系统输出，但却使执行机构遭到磨损并浪费驱动功率。振铃的根源是在z=-1附近有极点，极点在z=-1时最严重，离z=-1越远就越弱。若右半平面有零点则加剧振铃，而右半平面有极点将减轻振铃。应该消除振铃极点，并调整增益来减小振铃。为了消除振铃现象，按照大林的方法，首先找出振铃因子，然后在D(z)中以z=1带入振铃因子，就可消除此振铃极点。根据终值定理，这种处理方法不会影响数字控制器的输出。第11章直接数字控制系统11.6数字控制器的直接设计方法78整理课件2.振铃现象及其消除方法振铃现象是指数字控制器的输出以接近本章结束79整理课件本章结束79整理课件《过程控制》

ProcessControl计算机控制技术第11章数字控制器的设计80整理课件《过程控制》

ProcessControl本章要求基本要求：熟练掌握数字PID控制算法及改进算法；理解数字PID控制器的工程实现及参数整定方法；了解数字控制器的直接设计方法。重点：数字PID控制算法及改进算法81整理课件本章要求基本要求：熟练掌握数字PID控制算法及改进算法；2整本章提要

数字控制器是计算机控制系统的核心组成部分，是在被控对象数学模型或操作人员的先验知识基础上进行设计，并用计算机软件实现的某种控制算法。数字控制器的设计方法可以分为：模拟设计方法和离散化设计方法。本章主要介绍数字PID控制算法及其改进、数字PID的工程实现和参数整定以及数字控制器的直接设计方法。82整理课件本章提要数字控制器是计算机控制系统的核心组成3第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制系统概述

11.2过程输入输出通道

11.3数字滤波与数据处理

11.4数字PID控制技术

11.4数字控制系统的设计与实现

11.6数字控制器的直接设计方法83整理课件第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制系统概述4第11章直接数字控制系统工程上的被控对象大都是连续的，所组成的计算机控制系统为混合系统或称离散系统。数字控制器的设计方法分为模拟化设计方法和离散化设计方法。模拟化设计方法：（采样频率足够高）用连续系统理论确定控制器D(s)；用合适的离散化方法由D(s)求出D(z)；检查系统性能是否符合要求；将D(z)变为差分方程或状态空间表达式形式，并编制计算机程序；用混合仿真的方法进行检验。84整理课件第11章直接第11章直接数字控制系统离散化设计方法：首先将保持器和被控对象所组成的连续部分用合适的方法离散化。从而使整个系统完全变成离散系统，然后用离散控制系统的设计方法来确定数字控制器，最后用计算机实现。85整理课件第11章直接数11.1直接数字控制技术概述PID控制算法是计算机控制的一个广泛应用的基本算法。第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述数字控制器D(z)的设计要分两步走：先设计一个模拟控制器D(s)，然后采用某种离散化方法应用于模拟控制器，获得对应的数字控制器D(z)。这种方案称为连续化设计法，也称为间接设计法。86整理课件11.1直接数字控制技术概述PID控制算法是

数字控制器D(z)可直接用z传递函数来设计，也就是在z域中直接按离散控制理论设计数字控制器。这种方案称为离散化设计法，也称为直接设计法。第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述87整理课件数字控制器D(z)可直接用z传递函数来设计，也就模拟控制器的离散化，就是利用某种离散化方法，由D(s)求出相应的D(z)，并使D(z)的动态特性近似于D(s)的动态特性。下面介绍工程上实用的近似离散化方法。1．后向差分变换法后向差分变换法的主要特点如下：1)使用方便，不要对D(s)进行因式分解。2)D(s)稳定，D(z)也稳定。3)D(z)不能保持和D(s)相同的频率响应。模拟控制器的离散化

离散化公式第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述88整理课件模拟控制器的离散化，就是利用某种离散化方法，由D2．双线性变换法双线性变换法的主要特点如下：1)应用方便，可用计算机计算D(z)的系数2)离散化精度高于差分变换法。3)D(s)稳定，D(z)也稳定。4)D(z)不能保持和D(s)相同的频率响应。离散化公式模拟控制器的离散化第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述89整理课件2．双线性变换法双线性变换法的主要特点如下：1)应用方便，可11.1.1理想微分PID控制模拟PID控制的理想算式传递函数方框图第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述90整理课件11.1.1理想微分PID控制模拟PID控制的理想算式传递11.1.1理想微分PID控制利用后向差分法可求出其对应的脉冲传递函数D(z)采用不同的离散化方法，可以得到形式相异的Z传递函数。第11章直接数字控制系统11.1直接数字控制技术概述91整理课件11.1.1理想微分PID控制利用后向差分法可求出其对应的3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法也可直接以矩形面积求和代替积分项，在时域将上式转变成便于计算机实现的差分方程，得位置型算法，计算费时且占用内存较多，计算机故障会使执行机构大幅度变化，对安全生产不利，算法需改进。92整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法利用增量的概念对位置型算式作些改进，即可得位置型PID控制算式的递推算法。增量型算法93整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法增量型算法的优点计算机只输出增量，误动作时影响小，必要时可增设逻辑保护；手动/自动切换时冲击小；算式不需累加，只需记住4个历史数据，占用内存少，计算方便。为了编程方便，可将输出增量改写为其中94整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法PID控制算法流程图增量公式95整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法理想微分PID控制的实际效果并不理想，从阶跃响应看，它的微分作用只能维持一个采样周期。由于工业用执行机构的动作速度限制，致使偏差大时，微分作用不能充分发挥，且理想微分容易引进高频干扰，因此，在实际应用中，通常采用含有实际微分的PID控制算式。96整理课件3.1.1理想微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法在计算机直接数字控制系统中，通常采用以下三种实际微分PID控制算式。（1）算式一由于实际的控制回路都可能存在高频干扰，因此设一级低通滤波器，则传递函数为97整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（1）算式一若令位置型输出为其中98整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（1）算式一结构框图99整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）算式二传递函数T1——实际积分时间；T2——实际微分时间；K1——实际放大倍数。结构框图100整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）算式二微分作用输出差分方程位置型输出为积分作用输出差分方程比例作用输出差分方程101整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（3）算式三传递函数结构框图102整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（3）算式三比例、积分、微分的输出差分方程为增量型输出位置型输出103整理课件3.1.2实际微分PID控制第3章数字控制器的设计理想微分PID和实际微分PID的阶跃响应第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法比较理想数字PID与实际微分PID对单位阶跃偏差信号的输出响应可知，实际微分数字PID的阶跃响应比较平坦，微分作用持续时间长，超调量小，因此能够得到更好的控制效果。理想微分PID实际微分PID104整理课件理想微分PID和实际微分PID的阶跃响应第3章数字控3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法计算机控制的几个步骤105整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法1.积分项的改进在PID控制中，积分的作用是消除静差，为了提高控制性能，对积分项做如下改进。（1）梯形积分在PID控制中，为了减少余差，提高积分项的运算精度，可将矩形积分改为梯形积分。106整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）消除积分不灵敏区在PID控制的增量型算式中积分作用的输出为由于计算机字长的限制，当运算结果小于字长所能表示的精度，计算机就作为“零”将此数丢失。当计算机的运算字长较短，T也短，而Ti较长时，上式容易出现小于字长的精度而丢数，此时也就无积分作用，称为积分不灵敏区。107整理课件第3章数字控制器的设计3第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）消除积分不灵敏区为了消除积分不灵敏去区，可采用以下措施：①增加A/D转换位数，加长运算字长，从而提高运算精度；②当积分项连续出现小于输出精度ε的情况时，不当做“零”处理，而是累加起来，即直到累加值大于ε时，再输出Si，同时把累加单元清零。108整理课件第3章数字控制器的设计33.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法2.微分项的改进在PID控制中，微分项是最敏感的一项，应尽量减少数据误差和噪声，以消除不必要的扰动。改进措施如下：（1）偏差平均m的选取取决于对象特性，一般流量信号取10项，压力信号取5项，温度、成份信号取2项或不平均。109整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法（2）减少计算次数当给定值发生阶跃变化时，微分动作将导致控制量的大幅度变化，不利于生产的稳定操作。因此，在微分项中不考虑给定值，只对测量值进行微分。为了提高计算机使用效率，应注意减少算式的计算次数。（3）测量值微分110整理课件第3章数字控制器的设计33.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法3.变化率限制（输出增量限制）采用理想PID，在扰动大的场合，可能导致计算机的输出突然大范围跳动，不利于安全操作。此时要考虑变化率限制。

β根据经验与安全性规定选取，大小要适中，过小会使操作缓慢，过大则达不到限制的目的。当时，输出当时，输出111整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法4.输出位置限幅计算机控制中的位置型输出，不应超过执行机构的工作范围，否则会损坏设备和降低控制精度。实现输出位置限幅，需在增量型计算以后或在输入采样的同时，采入执行机构（如阀位）信号，然后比较微机输出的增量与执行机构（如调节阀）上可调节的余量。如果输出增量小于调节余量，则按计算结果输出，否则按调节余量输出，以保证执行机构在其有效行程中运行。112整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法5.防止积分饱和上下限幅的同时，切除积分作用当时，输出当时，输出抗积分饱和输出限幅输出限幅113整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器的设计3.1数字PID控制算法6.存储历史数据计算机每次采样读入数据，PID算式运算输出控制指令，还要为下一次计算作必要准备，故需要保存历史数据.如114整理课件3.1.3控制算法实施中的具体问题第3章数字控制器3.2数字PID控制算法的改进第3章数字控制器的设计3.2数字PID控制算法的改进为了改善PID控制的动态特性，人们在实践中不断总结经验，结合计算机的特点，提出了多种改进数字PID控制算法。3.2.1微分先行离散表达式见教材115整理课件3.2数字PID控制算法的改进第3章数字控制器的设第3章数字控制器的设计3.2数字PID控制算法的改进3.2.2带死区的PID算法在有些场合，为避免控制器输出变化过大或过于频繁，希望被调参数在一定范围内变化时，输出不变化；只有偏离该区域时才按PID规律调节。当死区β是可调参数，具体值可根据实际由实验确定。带死区的PID控制系统流程图见教材P74.116整理课件第3章数字控制器的设计3.2数第3章数字控制器的设计3.2数字PID控制算法的改进3.2.3积分分离PID算法在一般的PID控制中，当有较大的扰动或大幅度改变给定值时，由于此时有较大的偏差，以及系统有惯性和滞后，故在积分项的作用下，往往会产生较大的超调和长时间的波动。特别对于温度、成份等变化缓慢的过程，这一现象更为严重。为此，可采用积分分离.积分分离值β应根据具体对象及要求确定。为了实现积分分离，编程序时必须从PID差分方程式中分离出积分项。当时，用PD控制；时，用PID控制.当117整理课件第3章数字控制器的设计3.2数第3章数字控制器的设计3.2数字PID控制算法的改进3.2.4IPD算法可见，只有积分项与偏差有关，因此，当输入信号有突变时，不至于使输出增量变化过大而产生超调，从而使系统动态特性得到改善。因此，对阶跃输入信号，IPD控制有明显优点。Z变换118整理课件第3章数字控制器的设计3.2数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3数字PID控制器的工程实现模拟调节器是一台硬设备，而计算机中的数字PID却是一台软设备，是由一段PID程序实现的。一台模拟调节器只能控制一个回路，而一段PID程序却可以作为一台计算机所控制的所有回路的公共子程序，因此应该具有通用性和工程实用价值。在设计PID控制程序时，必须考虑各种工程实际情况,并含有多种功能,以便用户选择。PID控制模块框图119整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.1给定值处理给定值处理包括选择给定值SV和给定值变化率SR两部分。1.内/外给定状态软开关CL/CRCL—选择操作员设置的给定值SVL。单回路内给定状态。CR—给定值来自上位机、主回路或运算模块。外给定状态。软开关CAS/SCCSCC—给定值SVS来自上位机。两级计算机控制。CAS—给定值SVC来自主调节模块。串级控制。CL/CR→CR：120整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.1给定值处理2.给定值变化率限制为了减少给定值突变对控制系统的扰动，防止比例、微分饱和，以实现平稳控制，需要对给定值的变化率SR加以限制。变化率的选取要适中，过小会使响应变慢，过大则达不到限制的目的。在给定值处理模块中，共有三个输入量(SVL，SVC，SVS)，两个输出量(SV，CSV)，两个开关量(CL/CR，CAS/SCC)和一个变化率(SR)。为了便于PID控制程序调用这些量，需要给每个PID控制模块提供一段内存数据区。121整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.2被控量处理为了安全运行，需要对被控量PV进行上限或下限报警处理。当PV>PH时，上限报警状态PHA为“1”；当PV<PL时，下限报警状态PLA为“1”.当出现上下限报警时，通过驱动电路发出声光报警，以提醒操作人员注意。为了不使PHA/PLA的状态频繁改变，可以设置一定的报警死区（HY）。为了实现平稳控制，需要对被控量的变化率PR加以限制。PR选取要适中。122整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.3偏差处理1.计算偏差根据正反作用方式(D/R)计算偏差DV.D/R=0，正作用DV+=CPV-CSV；D/R=1，反作用DV-=CSV-CPV.2.偏差报警对于控制要求较高的对象，还要设置偏差报警。当偏差绝对值时，偏差报警状态DLA为“1”.123整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.3偏差处理3.非线性特性为了实现非线性或带死区的PID控制，设置了非线性区-A-+A和非线性增益K.ICM=0,无补偿，CDV=DVCICM=1,加补偿，CDV=DVC+ICVICM=2,减补偿，CDV=DVC-ICVICM=3,置换补偿，CDV=ICV4.输入补偿根据ICM的状态，决定偏差与输入补偿量ICV之间的关系。K=0,带死区的PID0<K<1，非线性PIDK=1，正常PID利用加、减输入补偿，可以分别实现前馈控制和Smith控制。124整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.4PID计算在自动状态下，需要按照PID控制的各种差分方程计算控制量U，并进行上、下限限幅处理。DV/PV=1，选用偏差微分方式；DV/PV=0，选用测量值微分方式.125整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.5控制量处理一般情况下，在输出控制量Un以前，还应经过一些处理和判断，以便扩展控制功能，实现安全平稳操作。1.输出补偿OCM=0,无补偿，UC=UnOCM=1,加补偿，UC=Un+OCVOCM=2,减补偿，UC=Un-OCVOCM=3,置换补偿，UC=OCV根据OCM的状态，决定控制量与输出补偿量OCV之间的关系。利用输出和输入补偿，可以扩大PID控制功能，以便组成复杂的PID控制系统.126整理课件第3章数字控制器的设计3.3数第3章数字控制器的设计3.3数字PID控制器的工程实现3.3.5控制量处理2.变化率限制为了实现平稳操作，需要对控制量的变化率MR加以限制。3.输出保持FS/NS的状态一般来自系统安全报警开关。软开关FH/NHNH——u(n)=u(n-1)FH——正常输出u(n)FH/NH的状态一般来自系统安全报